เคโมลิโทโทรฟีและออโตโทรฟี
จุลินทรีย์เคโมลิโทโทรฟิกจะสะสมพลังงานจากการออกซิเดชันของสารประกอบอนินทรีย์ และหลายชนิดยังตรึงคาร์บอนไดออกไซด์แบบออโตโทรฟิก ซึ่งเป็นการรวมกันที่ช่วยค้ำจุนชีวิตในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากสารอินทรีย์
Definition
เคโมลิโทโทรฟีเป็นรูปแบบของการเผาผลาญที่สารประกอบอนินทรีย์ทำหน้าที่เป็นตัวให้อิเล็กตรอนสำหรับการสะสมพลังงาน และออโตโทรฟีคือการใช้คาร์บอนอนินทรีย์ ซึ่งโดยทั่วไปคือคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นแหล่งคาร์บอนหลักสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพ
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมการออกซิเดชันของตัวให้อิเล็กตรอนอนินทรีย์ เช่น ไฮโดรเจน สารประกอบซัลเฟอร์และไนโตรเจนที่ลดรูป และเหล็กเฟอร์รัส; พลังงานและนิเวศวิทยาของการเกิดไนตริฟิเคชัน การออกซิเดชันของซัลเฟอร์ และกระบวนการที่เกี่ยวข้อง; และวิถีออโตโทรฟิก รวมถึงวัฏจักรคาลวิน ซึ่งคาร์บอนอนินทรีย์จะถูกเปลี่ยนเป็นสารตั้งต้นของเซลล์ โดยเน้นความสามารถในการเผาผลาญที่จำกัดอยู่เฉพาะในโปรคาริโอตเป็นส่วนใหญ่
Core questions
- สารประกอบอนินทรีย์ใดบ้างที่สามารถเป็นแหล่งพลังงานของจุลินทรีย์ได้?
- พลังงานถูกสะสมจากการออกซิเดชันของสารอนินทรีย์ได้อย่างไร?
- ออโตโทรฟตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นสารตั้งต้นของเซลล์ได้อย่างไร?
- เหตุใดเคโมลิโทโทรฟจึงมีความสำคัญในวัฏจักรชีวธรณีเคมี?
Key concepts
- ตัวให้อิเล็กตรอนอนินทรีย์
- ไนตริฟิเคชันและการออกซิเดชันของซัลเฟอร์
- การตรึงคาร์บอนแบบออโตโทรฟิก
- วัฏจักรคาลวินและวิถีการตรึงคาร์บอนทางเลือก
- บทบาทในวัฏจักรชีวธรณีเคมี
Key theories
- เคโมลิโทโทรฟี
- วีโนกราดสกีได้แสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์บางชนิดได้รับพลังงานจากการออกซิไดซ์สารประกอบอนินทรีย์แทนที่จะเป็นสารอินทรีย์ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงรูปแบบชีวิตที่เป็นอิสระจากคาร์บอนอินทรีย์ที่สร้างขึ้นล่วงหน้าและเป็นศูนย์กลางของวัฏจักรธาตุ
Mechanisms
เคโมลิโทโทรฟจะออกซิไดซ์ตัวให้อิเล็กตรอนอนินทรีย์ เช่น ไฮโดรเจน แอมโมเนีย ไนไตรต์ ซัลไฟด์ หรือเหล็กเฟอร์รัส โดยส่งอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาผ่านสายโซ่การขนส่งเพื่อสร้างแรงขับเคลื่อนโปรตอนสำหรับการสังเคราะห์ ATP เนื่องจากสิ่งมีชีวิตหลายชนิดไม่สามารถใช้คาร์บอนอินทรีย์ได้ พวกมันจึงตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านวิถีออโตโทรฟิก เช่น วัฏจักรคาลวิน ซึ่งต้องใช้พลังงานและพลังงานรีดิวซ์จำนวนมากที่ได้จากการเผาผลาญสารอนินทรีย์ของพวกมัน
Clinical relevance
จุลินทรีย์เคโมลิโทโทรฟิกและออโตโทรฟิกขับเคลื่อนขั้นตอนสำคัญของวัฏจักรไนโตรเจน ซัลเฟอร์ และเหล็ก มีส่วนช่วยในการเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของดิน และการกัดกร่อนและการผุกร่อนของวัสดุ และค้ำจุนระบบนิเวศที่ปล่องน้ำร้อนใต้ทะเลลึกและสภาพแวดล้อมอื่น ๆ ที่ไม่มีแสงแดดหรือสารอินทรีย์
History
เซอร์เกย์ วีโนกราดสกี (Sergei Winogradsky) ค้นพบเคโมลิโทโทรฟีในทศวรรษ 1880 จากการศึกษาแบคทีเรียที่ออกซิไดซ์ซัลเฟอร์และไนโตรเจน โดยนำเสนอแนวคิดของจุลินทรีย์ที่ดำรงชีวิตด้วยแหล่งพลังงานอนินทรีย์ และก่อตั้งสาขาวิชานิเวศวิทยาจุลินทรีย์ร่วมกับ มาร์ตินัส ไบเยอรินก์ (Martinus Beijerinck)
Key figures
- Sergei Winogradsky
- Martinus Beijerinck
Related topics
Seminal works
- madigan2018
- willey2020
Frequently asked questions
- เคโมลิโทโทรฟทุกชนิดเป็นออโตโทรฟด้วยหรือไม่?
- หลายชนิดเป็นเช่นนั้น โดยตรึงคาร์บอนไดออกไซด์สำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพ แต่คุณสมบัติทั้งสองนี้แตกต่างกัน เคโมลิโทโทรฟีหมายถึงแหล่งพลังงาน (สารประกอบอนินทรีย์) ในขณะที่ออโตโทรฟีหมายถึงแหล่งคาร์บอน (คาร์บอนอนินทรีย์) สิ่งมีชีวิตบางชนิดรวมคุณสมบัติทั้งสองนี้เข้าด้วยกัน และบางชนิดก็ไม่